留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

轮毂电机式三轴纯电动铰接客车扭矩优化分配控制策略研究

邵长江 杨坤 王杰 谭迪 付宏勋 刘国栋

邵长江, 杨坤, 王杰, 谭迪, 付宏勋, 刘国栋. 轮毂电机式三轴纯电动铰接客车扭矩优化分配控制策略研究[J]. 机械科学与技术, 2022, 41(8): 1261-1269. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200452
引用本文: 邵长江, 杨坤, 王杰, 谭迪, 付宏勋, 刘国栋. 轮毂电机式三轴纯电动铰接客车扭矩优化分配控制策略研究[J]. 机械科学与技术, 2022, 41(8): 1261-1269. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200452
SHAO Changjiang, YANG Kun, WANG Jie, TAN Di, FU Hongxun, LIU Guodong. Optimal Torque Distribution Control Strategy of In-wheel Motor Type Three-axle Pure-electric Articulated Bus[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(8): 1261-1269. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200452
Citation: SHAO Changjiang, YANG Kun, WANG Jie, TAN Di, FU Hongxun, LIU Guodong. Optimal Torque Distribution Control Strategy of In-wheel Motor Type Three-axle Pure-electric Articulated Bus[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(8): 1261-1269. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200452

轮毂电机式三轴纯电动铰接客车扭矩优化分配控制策略研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200452
基金项目: 

国家自然科学基金项目 51605265

国家自然科学基金项目 51775320

山东省重点研发计划项目 2018GGX105010

详细信息
    作者简介:

    邵长江(1995-), 硕士研究生, 研究方向为新能源汽车关键技术及汽车底盘电控技术, changjiang1314vip@163.com

    通讯作者:

    杨坤, 教授, 博士生导师, yangkun_sdut@163.com

  • 中图分类号: U469.72

Optimal Torque Distribution Control Strategy of In-wheel Motor Type Three-axle Pure-electric Articulated Bus

  • 摘要: 以三轴纯电动铰接客车为研究对象,针对单电机集中式驱动构型存在的动力系统布置困难、传动链长等问题,构建基于六轮毂电机分布式驱动的三轴纯电动铰接客车构型,完成关键总成参数匹配;针对前、中、后轴电机扭矩分配问题,提出以系统效率最佳为目标的扭矩优化分配策略,并基于MATLAB/Simulink搭建了扭矩优化分配模型;基于AVL Cruise和MATLAB/Simulink搭建了整车联合仿真模型,在满足整车动力性和经济性指标的前提下,通过与单电机集中式驱动构型的对比可知:整车0~50 km/h的加速时间减少3.1 s,最高车速提升5 km/h,最大爬坡度提高1.3%;满载CCBC工况下,百公里能耗降低11.51%,续驶里程增加27 km;提出的扭矩优化分配策略能将整车需求扭矩合理分配给各电机,并可优化电机工作区间,有效降低整车能耗。
  • 图  1  整车构型图

    图  2  前轴轮毂电机效率MAP图

    图  3  前轴电机扭矩优化分配

    图  4  中轴电机扭矩优化分配系数

    图  5  整车扭矩优化分配策略流程图

    图  6  驾驶员加速踏板请求扭矩

    图  7  六轮毂电机驱动型纯电动客车仿真模型原理图

    图  8  单电机集中式纯电动客车仿真模型原理图

    图  9  最高车速对比图

    图  10  最大爬坡度对比图

    图  11  CCBC工况下电量消耗曲线图

    图  12  整车扭矩需求和电机转速

    图  13  CCBC工况下的车速曲线

    图  14  前轴轮毂电机扭矩和机械制动扭矩

    图  15  中轴轮毂电机扭矩和机械制动扭矩

    图  16  后轴轮毂电机扭矩和机械制动扭矩

    图  17  电池电压/电流/功率图

    表  1  整车基本参数和性能指标

    参数 数值
    整备质量/kg 18 150
    满载质量/kg 28 000
    轴荷/kg 7 000/9 500/11 500
    最高车速/(km·h-1) ≥70
    0~50 km/h的加速时间/s ≤25
    最大爬坡度/% ≥15
    续驶里程/km ≥200
    下载: 导出CSV

    表  2  驱动电机参数

    参数 数值
    额定功率/kW 138.2
    最大功率/kW 295.4
    额定扭矩/Nm 8 800
    峰值扭矩/Nm 18 800
    下载: 导出CSV

    表  3  轮毂电机基本参数

    参数 前轴电机 中轴电机 后轴电机
    额定转速/(r·min-1) 150 150 150
    最高转速/(r·min-1) 400 400 400
    额定扭矩/Nm 1 100 1 480 1 820
    峰值扭矩/Nm 2 340 3 200 3 860
    额定功率/kW 17.3 23.4 28.4
    峰值功率/kW 37 50.1 60.6
    下载: 导出CSV

    表  4  电池单体性能参数

    参数
    单体电压/V 3.2
    单体容量/Ah 100
    持续放电倍率/C 3
    最大放电倍率/C 5
    下载: 导出CSV

    表  5  动力电池组基本参数

    参数 数值
    标称电压/V 540
    电压范围/V 400~650
    容量/Ah 800
    单体组合方式 8并169串
    下载: 导出CSV

    表  6  单电机集中式驱动系统参数

    参数 数值
    减速器速比 15
    电机额定转速和最高转速/(r·min-1) 2 500/6 000
    电机额定扭矩和峰值扭矩/Nm 587/1 254
    电机额定功率和峰值功率/kW 128.8/295.4
    下载: 导出CSV

    表  7  百公里耗电量对比

    驱动构型 百公里电耗/ (kWh) 节能/% 续驶里程/km
    单电机集中式驱动 167.53 0 202
    六轮毂电机分布式驱动 148.24 11.51 229
    下载: 导出CSV
  • [1] 万钢. 新时代推进我国新能源汽车发展的新思考(根据2018年百人会报告整理)[J]. 汽车工程学报, 2018, 8(4): 235-238 doi: 10.3969/j.issn.2095-1469.2018.04.01

    WAN G. New thoughts on promoting the development of China's new energy vehicles in the new era (according to the reports in the committee of 100 Annual Conference 2018)[J]. Chinese Journal of Automotive Engineering, 2018, 8(4): 235-238 (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.2095-1469.2018.04.01
    [2] 余卓平, 冯源, 熊璐. 分布式驱动电动汽车动力学控制发展现状综述[J]. 机械工程学报, 2013, 49(8): 105-114 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXXB201308016.htm

    YU Z P, FENG Y, XIONG L. Review on vehicle dynamics control of distributed drive electric vehicle[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2013, 49(8): 105-114 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXXB201308016.htm
    [3] WANG W W, HOU R, YU Q Q, et al. Comparative research on the transmission form of the electric bus[J]. Energy Procedia, 2016, 88: 928-934 doi: 10.1016/j.egypro.2016.06.114
    [4] CAI C L, WANG X G, BAI Y W, et al. Key technologies of EV motor drive system design[J]. Procedia Engineering, 2011, 16: 356-362 doi: 10.1016/j.proeng.2011.08.1095
    [5] 王斌, 林鑫焱, 陈辛波, 等. 基于循环工况的纯电动汽车驱动电机参数优化[J]. 汽车工程学报, 2015, 5(3): 165-171 doi: 10.3969/j.issn.2095-1469.2015.03.02

    WANG B, LIN X Y, CHEN X B, et al. Parameter optimization for pure electric vehicle drive motors based on driving cycle[J]. Chinese Journal of Automotive Engineering, 2015, 5(3): 165-171 (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.2095-1469.2015.03.02
    [6] ZHANG S, XIONG R, ZHANG C N, et al. An optimal structure selection and parameter design approach for a dual-motor-driven system used in an electric bus[J]. Energy, 2016, 96: 437-448 doi: 10.1016/j.energy.2015.12.089
    [7] CHEN Y, WANG J M. Fast and global optimal energy-efficient control allocation with applications to over-actuated electric ground vehicles[J]. IEEE Transactions on Control Systems Technology, 2012, 20(5): 1202-1211 doi: 10.1109/TCST.2011.2161989
    [8] YANG Y P, SHIH Y C, CHEN J M. Real-time torque-distribution strategy for a pure electric vehicle with multiple traction motors by particle swarm optimisation[J]. IET Electrical Systems in Transportation, 2016, 6(2): 76-87 doi: 10.1049/iet-est.2014.0050
    [9] 徐兴, 陈特, 陈龙, 等. 分布式驱动电动汽车转矩节能优化分配[J]. 中国公路学报, 2018, 31(5): 183-190 doi: 10.3969/j.issn.1001-7372.2018.05.022

    XU X, CHEN T, CHEN L, et al. Optimized torque energy-saving allocation for distributed drive electric vehicle[J]. China Journal of Highway and Transport, 2018, 31(5): 183-190 (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1001-7372.2018.05.022
    [10] 李胜琴, 汤亚平. 基于效率最优的双电机四驱汽车转矩分配策略研究[J]. 重庆理工大学学报(自然科学), 2019, 33(7): 12-20 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CGGL201907002.htm

    LI S Q, TANG Y P. Research on torque distribution strategy of dual motor Four-Drive vehicle based on optimal efficiency[J]. Journal of Chongqing University of Technology (Natural Science), 2019, 33(7): 12-20 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CGGL201907002.htm
    [11] 何洪文, 熊瑞. 电动汽车原理与构造[M]. 2版. 北京: 机械工业出版社, 2018

    HE H W, XIONG R. Principle and structure of electric vehicles[M]. 2nd ed. Beijing: China Machine Press, 2018 (in Chinese)
    [12] 李礼夫, 罗永. 纯电动公交客车电动化辅助系统控制方法研究[J]. 机械设计与制造, 2015(2): 146-149+153 doi: 10.3969/j.issn.1001-3997.2015.02.041

    LI L F, LUO Y. Research on control method for electric auxiliary system of pure electric city bus[J]. Machinery Design & Manufacture, 2015(2): 146-149+153 (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1001-3997.2015.02.041
    [13] 林程, 王文伟, 孙逢春. 纯电动公交客车结构与设计[J]. 机械工程学报, 2005, 41(12): 25-29 doi: 10.3321/j.issn:0577-6686.2005.12.006

    LIN C, WANG W W, SUN F C. Pure electric city bus structure and design[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2005, 41(12): 25-29 (in Chinese) doi: 10.3321/j.issn:0577-6686.2005.12.006
    [14] 杨坤, 王杰, 肖军生, 等. 某B级燃料电池电动汽车匹配设计研究[J]. 汽车工程学报, 2018, 8(6): 399-406 doi: 10.3969/j.issn.2095-1469.2018.06.02

    YANG K, WANG J, XIAO J S, et al. Study on the matching and design of a B-class fuel cell electric vehicle[J]. Chinese Journal of Automotive Engineering, 2018, 8(6): 399-406 (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.2095-1469.2018.06.02
    [15] 高飞, 杨凯, 惠东, 等. 储能用磷酸铁锂电池循环寿命的能量分析[J]. 中国电机工程学报, 2013, 33(5): 41-45 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGDC201305007.htm

    GAO F, YANG K, HUI D, et al. Cycle-life energy analysis of LiFePO4 batteries for energy storage[J]. Proceedings of the CSEE, 2013, 33(5): 41-45 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGDC201305007.htm
    [16] 田军辉. 纯电动客车整车控制器硬件在环测试系统开发及驱动控制策略研究[D]. 长春: 吉林大学, 2013

    TIAN J H. Development of vehicle control unit hardware-in-loop testing system and research on driving control strategy for pure electric vehicle[D]. Changchun: Jilin University, 2013 (in Chinese)
    [17] 熊会元, 何山, 查鸿山, 等. 双轴驱动纯电动汽车驱动转矩的分配控制策略[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2018, 46(11): 117-124 doi: 10.3969/j.issn.1000-565X.2018.11.016

    XIONG H Y, HE S, ZHA H S, et al. Control strategy of driving torque distribution for two-axle drive electric vehicles[J]. Journal of South China University of Technology (Natural Science Edition), 2018, 46(11): 117-124 (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1000-565X.2018.11.016
    [18] 罗勇, 刘莉, 王毅, 等. 纯电动汽车驱动控制策略研究[J]. 重庆理工大学学报(自然科学), 2019, 33(3): 7-14 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CGGL201903002.htm

    LUO Y, LIU L, WANG Y, et al. Research on driving control strategy of pure electric vehicle[J]. Journal of Chongqing University of Technology (Natural Science), 2019, 33(3): 7-14 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CGGL201903002.htm
    [19] 杜常清, 邓茹月. 轻型纯电动客车传动系统参数匹配与仿真[J]. 机械传动, 2018, 42(4): 62-66 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXCD201804013.htm

    DU C Q, DENG R Y. Parameter matching and simulation for powertrain of light pure electric bus[J]. Journal of Mechanical Transmission, 2018, 42(4): 62-66 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXCD201804013.htm
  • 加载中
图(17) / 表(7)
计量
  • 文章访问数:  151
  • HTML全文浏览量:  122
  • PDF下载量:  21
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2020-10-30
  • 刊出日期:  2022-08-25

目录

    /

    返回文章
    返回